基于CAN總線的高精度溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

引言

一個(gè)高效的溫濕度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各行業(yè)進(jìn)行科學(xué)有效的管理，保障工作環(huán)境溫濕度恒定，降低能源損耗是非常必要的。傳統(tǒng)的溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如RS一485總線在數(shù)據(jù)傳輸過程中存在著數(shù)據(jù)傳輸速率低、實(shí)時(shí)性差，對(duì)所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能進(jìn)行分析、節(jié)點(diǎn)加入或者離開網(wǎng)絡(luò)要重新配置等問題，而溫濕度傳感器檢測(cè)過程中濕度受溫度影響而導(dǎo)致測(cè)量誤差大、校準(zhǔn)和標(biāo)定復(fù)雜、互換性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性差等。

因此，本文提出一種基于CAN總線高精度溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以提高系統(tǒng)的傳輸速率和實(shí)時(shí)性，而且也可以提升系統(tǒng)溫濕度采集的準(zhǔn)確度。

1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

圖1 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的總線分布式結(jié)構(gòu)

CAN—Bus(Controller Area NetworU即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一，它是一種無破壞性的總線仲裁機(jī)制。當(dāng)總線數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)沖突時(shí)，最高優(yōu)先權(quán)訪問的節(jié)點(diǎn)不受影響，從而提高了總線仲裁時(shí)間和實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖l所示，在每個(gè)檢定實(shí)驗(yàn)室裝一個(gè)溫濕度采集器，通過CAN橋連接在兩根雙絞屏蔽線上，組成分布式網(wǎng)絡(luò)，而主控制器與上位機(jī)連接組成控制臺(tái)。在各個(gè)采集器之間采用雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程中，用雙絞兩端連接匹配電阻可以消除長(zhǎng)線反射所引起的干擾，從而提高接收器的共模抑制比及數(shù)據(jù)通信的抗干擾能力，采用這種具有優(yōu)先級(jí)的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)展。

系統(tǒng)利用PC機(jī)作為管理主機(jī)，各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)通過局域網(wǎng)CAN總線納入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制。PC機(jī)能很好保存測(cè)控制節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)，并可以數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定等，對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送、數(shù)據(jù)請(qǐng)求、節(jié)點(diǎn)查詢、中斷接收數(shù)據(jù)管理等功能。

CAN—RS232轉(zhuǎn)換器主要是完成PC機(jī)與CAN總線數(shù)據(jù)通信的任務(wù)，負(fù)責(zé)把總線的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)，同時(shí)把PC機(jī)的命令轉(zhuǎn)發(fā)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)。

總線上的各個(gè)溫濕度采集節(jié)點(diǎn)，主要是實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集與CAN總線通信的功能。各個(gè)節(jié)點(diǎn)的通過能實(shí)現(xiàn)報(bào)文的發(fā)送和接收，還能進(jìn)行幀數(shù)據(jù)地址濾波、錯(cuò)誤處理與自動(dòng)糾錯(cuò)等功能。實(shí)現(xiàn)把節(jié)點(diǎn)采集的信息打包成幀數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)，當(dāng)主機(jī)接接收到命令之后，可通過智能控制開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作房間的空調(diào)、除溫機(jī)等的控制。

2 硬件設(shè)計(jì)

圖2 溫濕數(shù)據(jù)采集器的硬件結(jié)構(gòu)

溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)子節(jié)點(diǎn)通過CAN總線的進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，具有溫濕度采集及控制功能，同時(shí)兼有液晶顯示及上下限溫濕度報(bào)警功能。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括核心控制芯片、溫濕度傳感器、CAN總線通信接口、固態(tài)繼電器及時(shí)鐘芯片等。

(1)主控制芯片采用MICROCHIP公司生產(chǎn)nanoWattXLPTM超低功耗技術(shù)單片機(jī)PIC16f1937作為主控制芯片，該芯片內(nèi)置具有LCD驅(qū)動(dòng)模塊，可以減少系統(tǒng)成本及電路板布線等優(yōu)點(diǎn)。

(2)CAN總線通信模塊如圖3所示，主要是由。講總線控制器MCP2515、CAN總線的收發(fā)電路MCP2551及光耦隔離電路等組成。MCP2515支持CAN V2．0B技術(shù)規(guī)范、通訊速率為1Mb／S的CAN總線控制器，它可以通過獨(dú)立SPI接口與MCU通信。MCP2551是一個(gè)具有容錯(cuò)的高速CAN協(xié)議控制器的物理總線接口。